Алюминиевые проводники
Изобретение относится к воздушной высоковольтной линии, включающей проводник на основе алюминиевого сплава. Алюминиевый сплав содержит один или несколько элементов 3, 4 или 5 группы и необязательно лантанид, каждый из них с концентрацией в диапазоне от 0,006 до 0,030% (по массе), предпочтительно в диапазоне от 0,006 до 0,027% (по массе), например, в диапазоне от 0,008 до 0,025% (по массе), и при этом проводник подвергнут термической обработке в диапазоне температур 185-315°C в течение времени в диапазоне 12-24 часа, так что проводник имеет проводимость около 61% IACS или более. Изобретение позволяет изготавливать проводники воздушной высоковольтной линии с высокой проводимостью и высокой прочностью на разрыв, а также с высокой термостойкостью. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 табл., 3 ил.
ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение в целом относится к проводникам, и конкретно - к проводникам на основе алюминиевого сплава, подходящим для использования в высоковольтных кабелях.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Алюминий обеспечивает более высокую проводимость на единицу массы, чем медь, и поэтому его наиболее часто выбирают для электрических проводников во множестве вариантов применения, например, в высоковольтных кабелях. В зависимости от вариантов применения, кабели могут быть изготовлены исключительно на основе алюминиевых проводников (например, ААС или АААС), или как комбинация алюминиевых проводников вокруг разнообразных сердечников жил кабеля, например, вокруг сердечника из стали (например, ACSR, ACSS), композита из углеродного волокна (например, ACCS), композита на основе волокна из оксида алюминия (например, ACCR) или инвара (например, TACIR).
Композитный сердечник на основе алюминиевых проводников (Aluminium conductors composite core, ACCS), в котором проводники состоят из мягкого чистого алюминия, в настоящее время обеспечивает привлекательное сочетание характеристик в виде легкого кабеля с высокой проводимостью и низким коэффициентом теплового расширения. Низкий коэффициент теплового расширения, в свою очередь, позволяет повысить рабочую температуру; в сочетании с повышенной проводимостью, в результате чего может быть достигнуто значительное увеличение токовой нагрузки кабеля. Тем не менее, композитный сердечник является довольно гибким, так что кабель легко отклоняется под нагрузкой. Поэтому такой кабель не слишком подходит для использования в районах, где ветер или образование льда является относительно распространенным и значительным.
Также известны алюминиевые проводники со стальным сердечником (aluminium conductors steel reinforced, ACSR), в которых проводники состоят из твердого чистого алюминия. Они обеспечивают значительно более высокий предел прочности на разрыв и, следовательно, более устойчивы к нагрузке; напротив, их проводимость ниже, чем у мягкого чистого алюминия, и термостойкость значительно ограничена, так что эти кабели имеют меньшую токовую нагрузку.
Кроме того, также известны алюминиевые сплавы, которые, например, дают проводники с улучшенной термостойкостью за счет уменьшения проводимости. Например, известны твердые алюминиевые/циркониевые сплавы, как правило, с таким же пределом прочности на разрыв, как у твердого чистого алюминия, и с высокой термостойкостью по сравнению с мягким чистым алюминием, или большей. Напротив, они обладают проводимостью, которая ниже, чем обе чистые формы. Конкретные комбинации этих характеристик установлены в стандарте IEC62004 выпуска 2007 г. для алюминиевых/циркониевых сплавов (более конкретно, сплавов AT1 и АТ3 этого стандарта).
Существует область применения проводников на основе алюминиевых сплавов, которые обеспечивают различные желаемые характеристики, без снижения характеристик, которые также достигаются проводниками на основе отожженного или не отожженного чистого алюминия.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью вариантов реализации настоящего изобретения является обеспечение улучшенных проводников на основе алюминиевых сплавов.
Преимуществом вариантов реализации настоящего изобретения является то, что проводники выполнены на основе конкретных алюминиевых сплавов, которые имеют лучшие характеристики, чем проводники, изготовленные из отожженного или не отожженного чистого алюминия.
Преимуществом вариантов реализации в соответствии с настоящим изобретением является то, что может быть получен алюминиевый проводник с более высоким пределом прочности на разрыв без ущерба для проводимости или термостойкости, по сравнению с мягким чистым алюминием.
Преимуществом вариантов реализации в соответствии с настоящим изобретением является то, что может быть получен алюминиевый проводник с более высокой проводимостью и более высокой термостойкостью без ухудшения предела прочности на разрыв по сравнению с твердым чистым алюминием.
Преимуществом вариантов реализации в соответствии с настоящим изобретением является то, что может быть получен алюминиевый проводник даже с более высокой термостойкостью без ухудшения проводимости или предела прочности на разрыв по сравнению с твердым чистым алюминием.
Преимуществом вариантов реализации настоящего изобретения является то, что могут быть получены сплавы AT1 и АТ3 по стандарту IEC62004 выпуска 2007 г., или даже могут быть получены улучшения по сравнению с этим стандартом.
Преимущество вариантов реализации настоящего изобретения состоит в том, что могут быть получены мягкие или твердые проводники, которые могут быть объединены с разнообразными сердечниками, и поэтому могут обеспечить улучшение различных существующих типов кабелей.
Вышеупомянутая цель достигается за счет проводников, высоковольтных кабелей, алюминиевых сплавов и/или использования в соответствии с настоящим изобретением.
В первом аспекте настоящее изобретение относится к проводнику, подходящему для использования в высоковольтном кабеле. Проводник содержит алюминиевый сплав, содержащий один или более элементов 3, 4 или 5 группы и/или лантанид, каждый из них с концентрацией в диапазоне от 0,006 до 0,03% (по массе), предпочтительно в диапазоне от 0,006 до 0,027% (по массе), например, в диапазоне от 0,008 до 0,025% (по массе), и при этом проводник подвергают термической обработке при температуре в диапазоне от 185°С до 315°С в течение времени от 12 до 24 часов, так что проводник имеет проводимость 61% IACS или больше. В некоторых вариантах реализации сплав может, следовательно, содержать несколько элементов 3,4 или 5 группы.
Преимуществом вариантов реализации настоящего изобретения является то, что проводники с указанным составом, для которых указанная термическая обработка была проведена на проводнике, т.е. на тянутом проводнике с окончательным диаметром, имеют уникальную комбинацию проводимости, прочности на разрыв и термостойкости.
Преимуществом вариантов реализации настоящего изобретения является то, что получают проводники с 61% IACS или более. Важно заметить, что проводимость так же высока, как у чистого тянутого алюминия, тогда как прочность на разрыв по меньшей мере равна прочности на разрыв алюминия. Следовательно, настоящее изобретение также относится к вариантам реализации изобретения, которые обладают одинаково высокой или даже лучшей проводимостью, а также одинаково высокой прочностью на разрыв, по сравнению с проводниками из чистого алюминия, то есть без легирующих элементов.
Преимуществом вариантов реализации настоящего изобретения является то, что в дополнение к высокой проводимости и высокой прочности на разрыв для проводников также получают высокую термостойкость. Таким образом, термостойкость определяется стандартом IEC62004.
Преимуществом некоторых вариантов реализации настоящего изобретения является то, что относительное удлинение конечного тянутого проводника может составлять более 2,5%, например, более 2,75% или, например, более 3% для твердых проводников и более 8%, например, более 15% для мягких проводников.
В некоторых вариантах реализации общая концентрация легирующих элементов может быть ограничена 0,04% (по массе).
В вариантах реализации изобретения алюминиевый сплав может содержать 99,5% (по массе) или более алюминия, предпочтительно 99,65% (по массе) или более.
В вариантах реализации изобретения алюминиевый сплав может также содержать от 0,00 до 0,02% (по массе) иттрия и/или эрбия, предпочтительно 0,01% (по массе).
В вариантах реализации изобретения алюминиевый сплав может также дополнительно содержать 0,1-0,3% (по массе) железа, предпочтительно от 0,12 до 0,18% (по массе).
В вариантах реализации изобретения термическая обработка может включать обработку при температуре от 185 до 315°С в течение 12-24 часов.
В вариантах реализации изобретения
- элементы 3 группы могут представлять собой скандий или иттрий, или их комбинацию,
- элементы 4 группы могут представлять собой титан, цирконий или гафний, или их комбинацию,
- элементы 5 группы могут представлять собой ниобий или тантал, или их комбинацию, и
- лантаниды могут представлять собой лантан, церий, празеодим или эрбий, или их комбинацию.
В вариантах реализации изобретения алюминиевый сплав может содержать от 0,008 до 0,010% (по массе) циркония, а термическая обработка может включать обработку при температуре от 270 до 290°С в течение 12-24 часов.
В вариантах реализации изобретения алюминиевый сплав может содержать от 0,013 до 0,020% (по массе) циркония, а термическая обработка может включать обработку при температуре от 185 до 225°С в течение 12-24 часов.
В вариантах реализации изобретения алюминиевый сплав может содержать от 0,020 до 0,025% (по массе) циркония, а термическая обработка может включать обработку при температуре от 200 до 240°С в течение 12-24 часов.
Во втором аспекте настоящее изобретение относится к использованию проводника согласно первому аспекту в высоковольтном кабеле.
В третьем аспекте настоящее изобретение относится к высоковольтному кабелю, содержащему сердечник и один или несколько проводников в соответствии с первым аспектом.
Высоковольтный кабель может представлять собой высоковольтный кабель, подходящий для воздушной линии.
В вариантах реализации изобретения сердечник может содержать композит, сталь или инвар.
В вариантах реализации изобретения сердечник может содержать композит или сталь, или инвар, и алюминиевый сплав может содержать от 0,008 до 0,010% (по массе) циркония, а термическая обработка может включать обработку при температуре от 270 до 290°С в течение от 12 до 24 ч.
В вариантах реализации изобретения сердечник может содержать композит или сталь, или инвар, алюминиевый сплав может содержать 0,013-0,020% (по массе) циркония, а термическая обработка может включать обработку при температуре от 185 до 225°С в течение от 12 до 24 ч.
В вариантах реализации изобретения сердечник может содержать композит или сталь, или инвар, алюминиевый сплав может содержать от 0,020 до 0,025% (по массе) циркония, а термическая обработка может включать обработку при температуре от 200 до 240°С в течение от 12 до 24 ч.
В четвертом аспекте настоящее изобретение относится к алюминиевому сплаву, который подходит для использования в проводнике в соответствии с первым аспектом. Алюминиевый сплав содержит один или несколько элементов 3, 4 или 5 группы и/или лантанид, каждый из них с концентрацией в диапазоне от 0,006 до 0,03% (по массе), предпочтительно в диапазоне от 0,006 до 0,027% (по массе), например, в диапазоне от 0,008 до 0,025% (по массе).
В вариантах реализации изобретения алюминиевый сплав может содержать 99,5% (по массе) или более алюминия, предпочтительно 99,65% (по массе) или более.
В вариантах реализации изобретения алюминиевый сплав может содержать от 0,00 до 0,02% (по массе) иттрия или эрбия, предпочтительно 0,01% (по массе).
В вариантах реализации изобретения алюминиевый сплав может также дополнительно содержать 0,1-0,3% (по массе) железа, предпочтительно от 0,12 до 0,18% (по массе).
В вариантах реализации изобретения алюминиевый сплав может быть полностью отожженным.
В вариантах реализации изобретения
- элементы 3 группы могут представлять собой скандий или иттрий, или их комбинацию,
- элементы 4 группы могут представлять собой титан, цирконий или гафний, или их комбинацию,
- элементы 5 группы могут представлять собой ниобий или тантал, или их комбинацию, и
- лантаниды могут представлять собой лантан, церий, празеодим или эрбий, или их комбинацию.
В пятом аспекте настоящее изобретение относится к использованию алюминиевых сплавов согласно четвертому аспекту в проводнике согласно первому аспекту.
В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к способу изготовления проводника, подходящего для использования в высоковольтном кабеле в соответствии с аспектом, описанным выше, причем способ включает в себя
- плавление технически чистого алюминия в плавильной печи,
- легирование легирующими элементами,
- непрерывное литье профиля и поточную прокатку профиля в диапазоне температур от 380°С до 540°С,
- протяжку проводника из катанки на конечный диаметр и
- термическую обработку проводов с конечным диаметром.
Конкретные и предпочтительные аспекты изобретения включены в прилагаемые независимые и зависимые пункты формулы изобретения. Признаки зависимых пунктов формулы могут быть объединены с признаками независимых пунктов формулы и с признаками других зависимых пунктов формулы, таких как указанные, а не только прямо выраженные в формуле изобретения.
Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны и пояснены посредством ссылки на вариант (варианты) реализации изобретения, описанные ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 иллюстрирует вид сбоку кабеля в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения, а также поперечный разрез кабеля в соответствии с различными вариантами реализации настоящего состава.
Чертежи являются схематическими, и не имеют ограничительного характера. Возможно, что размеры некоторых компонентов были преувеличены и не представлены в масштабе на фигурах с иллюстративной целью.
Номера позиций, используемые в формуле изобретения, не должны истолковываться для ограничения объема защиты. На разных фигурах одни и те же номера позиций относятся к тем же или похожим элементам.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение описано в отношении конкретных вариантов реализации изобретения и со ссылкой на некоторые чертежи, однако изобретение не ограничивается ими, а ограничивается только пунктами формулы изобретения. Описанные чертежи являются схематическими, и не имеют ограничительного характера. На чертежах размеры некоторых элементов, возможно, были увеличены и не были вычерчены в масштабе с иллюстративной целью. Размеры и относительные размеры иногда не соответствуют современному практическому воплощению изобретения.
Кроме того, термины первый, второй, третий и т.п. в описании и формуле изобретения использованы для различения похожих элементов и не обязательно использованы для описания порядка, ни во времени, ни в пространстве, ни в ранжировании, ни каким-либо другим образом. Следует понимать, что термины, используемые таким образом, взаимозаменяемы в соответствующих обстоятельствах, и что варианты реализации изобретения, описанные в настоящем документе, пригодны для работы в другом порядке, чем описано или указано в настоящем документе.
Кроме того, термины верхний, нижний, выше, перед и т.п., используемые в описании и формуле изобретения, используются для целей описания и необязательно для описания относительных положений. Следует понимать, что термины, используемые как таковые, взаимозаменяемы в данных обстоятельствах и что варианты реализации изобретения, описанные в настоящем документе, также пригодны для функционирования в соответствии с другими ориентациями, чем описано или указано в настоящем документе.
Следует заметить, что термин «содержит», используемый в формуле изобретения, не должен интерпретироваться как ограничиваемый пунктами, описанными ниже; этот термин не исключает каких-либо других элементов или этапов. Его можно интерпретировать как указание наличия указанных признаков, значений, этапов или компонентов, упомянутых, но не исключающих наличия или добавления одного или нескольких других признаков, значений, этапов или компонентов или их групп. Таким образом, рамки выражения «устройство, содержащее элементы А и В», не должны ограничиваться устройствами, состоящими только из компонентов А и В. Это означает, что в отношении настоящего изобретения А и В являются единственными соответствующими компонентами устройства.
Ссылки во всем описании на «один вариант реализации» или «вариант реализации» означают, что конкретный признак, структура или характеристика, описанные в связи с вариантом реализации, были включены по меньшей мере в один вариант реализации настоящего изобретения. Таким образом, появление выражений «в одном варианте реализации» или «в варианте реализации» в разных местах всего описания необязательно должно постоянно относиться к одному и тому же варианту реализации, но может и относиться. Кроме того, конкретные признаки, структуры или характеристики могут быть скомбинированы любым подходящим способом, как должно быть понятно специалисту в данной области на основе этой публикации, в одном или нескольких вариантах реализации изобретения.
Аналогичным образом, следует понимать, что в описании примеров вариантов реализации изобретения различные признаки изобретения иногда группируются между собой в одном варианте реализации, чертеже или его описании, предназначенном для упрощения изложения и для понимания одного или нескольких различных аспектов изобретения. Такой способ раскрытия не подразумевает, что указанные в формуле изобретения варианты реализации требуют большего количества характерных элементов, чем явным образом указано в каждом пункте формулы изобретения. Напротив, как указано в следующих пунктах формулы, аспекты изобретения заключены в меньшем количестве всех признаков одного ранее опубликованного варианта реализации изобретения. Таким образом, пункты формулы изобретения, вытекающие из подробного описания, явно включены в данное подробное описание, причем каждый независимый пункт формулы является отдельным вариантом реализации изобретения.
Кроме того, хотя некоторые варианты реализации изобретения, описанные в настоящем документе, содержат некоторые, но не другие, признаки, включенные в другие варианты реализации изобретения, при этом предполагается, что комбинации признаков из различных вариантов реализации изобретения находятся в пределах объема изобретения и образуют эти различные варианты реализации изобретения, как должно быть понятно специалисту в данной области.
В приведенном здесь описании имеется большое количество конкретных деталей. Поэтому понятно, что варианты реализации изобретения могут быть воплощены без этих конкретных деталей. В других случаях хорошо известные методы, структуры и методы не показаны подробно, чтобы сохранить ясность описания.
Например, используемый в настоящем документе международный стандарт отожженной меди (international annealed copper standard, IACS), представляет собой единицу электропроводности, относительно сравниваемую со стандартом отожженного медного проводника. Таким образом, проводимость 100% IACS соответствует 5,80×107 сименс на метр при 20°С.
В контексте настоящего документа характеристики: термостойкость, прочность на разрыв и проводимость, являются характеристиками алюминиевого проводника, которые могут быть получены, как описано в стандартах IEC62004.
В контексте настоящего документа мягкий алюминиевый проводник представляет собой алюминиевый проводник в отожженном состоянии. Это означает, что термическая обработка выполнена таким образом, что относительное удлинение проводника большое, например более 15%, например, более 20% и даже более 40%. Мягкий алюминиевый проводник обычно имеет низкий предел прочности на разрыв, например 100 МПа или менее, и высокую проводимость, например, более 61%, например, более 61,5% или даже до 63%. В контексте настоящего документа твердый алюминиевый проводник представляет собой алюминиевый проводник в не отожженном состоянии.
В контексте настоящего документа соотношения в составе проводника всегда выражены в массовых процентах % (по массе).
В контексте настоящего документа элементы 3, 4 или 5 группы, означают элементы из 3 группы, 4 группы или 5 группы согласно таблице Менделеева.
В контексте настоящего документа проводник означает один провод. Скрученные проводники вокруг сердечника или без него дают неизолированный кабель. Такие кабели могут, например, использоваться в качестве высоковольтных кабелей.
В первом аспекте настоящее изобретение относится к проводнику, подходящему для использования в высоковольтном кабеле. Проводник содержит алюминиевый сплав, содержащий один или более элементов 3, 4 или 5 группы и/или лантанид, каждый из них с концентрацией в диапазоне от 0,006 до 0,03% (по массе), предпочтительно в диапазоне от 0,006 до 0,027% (по массе), например, в диапазоне от 0,008 до 0,025% (по массе), и при этом проводник подвергают термической обработке, так что проводник имеет проводимость 61% IACS или больше. В рамках настоящего изобретения было установлено, что на основе этих алюминиевых сплавов после соответствующей термообработки может быть получен алюминиевый проводник с относительно высокой проводимостью. Указанная относительно высокая проводимость может быть, например, равной или большей, чем у твердого чистого алюминия (61% IACS), вплоть до проводимости мягкого чистого алюминия (63% IACS); в зависимости от конкретного состава сплава и выбранной термической обработки. При ссылке на чистый алюминий, ссылка сделана на технически чистый алюминий с содержанием алюминия по меньшей мере 99,7%. Он может быть преимущественно использован при изготовлении различных мягких или твердых алюминиевых проводников с улучшенными характеристиками, то есть с большей проводимостью, прочностью на разрыв и/или термостойкостью по сравнению с известными алюминиевыми проводниками. Кроме того, в некоторых вариантах реализации изобретения улучшение одной или нескольких из этих характеристик может быть получено преимущественно и без ухудшения других характеристик, по сравнению с уже известными алюминиевыми проводниками.
В вариантах реализации изобретения алюминиевый сплав может содержать 99,5% (по массе) или более алюминия, предпочтительно 99,65% (по массе) или более. Более высокая массовая доля алюминия обычно преимущественно дает проводник с более высокой проводимостью.
В вариантах реализации изобретения алюминиевый сплав может также содержать от 0,00 до 0,02% (по массе) иттрия и/или эрбия, предпочтительно 0,01% (по массе). Небольшая массовая доля иттрия и/или эрбия обычно преимущественно дает проводник с более высокой термостойкостью. В вариантах реализации настоящего изобретения иттрий и/или эрбий могут быть использованы как один элемент в сочетании друг с другом или в сочетании с одним или несколькими элементами групп III, IV и V таблицы Менделеева.
В вариантах реализации изобретения алюминиевый сплав может также дополнительно содержать 0,1-0,3% (по массе) железа, предпочтительно от 0,12 до 0,18% (по массе). Небольшая массовая доля железа обычно преимущественно приводит к более высокой прочности на разрыв и температуре рекристаллизации с незначительным влиянием на проводимость.
В вариантах реализации изобретения термическая обработка может, например, включать обработку при температуре от 185 до 315°С в течение 12-24 часов. В зависимости от выбранной температуры, может быть получен преимущественно мягкий или твердый проводник; при этом мягкий проводник обычно имеет более высокую проводимость, но более низкую прочность на разрыв, чем твердый проводник. Продолжительность указанной термической обработки до 24 часов преимущественно значительно меньше, чем обычно требуется для известных твердых алюминиевых проводников с высокой термостойкостью, для которых термическая обработка может достигать, например, до 6 дней.
В вариантах реализации изобретения
- элементы 3 группы могут представлять собой скандий или иттрий, или их комбинацию,
- элементы 4 группы могут представлять собой титан, цирконий или гафний, или их комбинацию,
- элементы 5 группы могут представлять собой ниобий или тантал, или их комбинацию, и
- лантаниды могут представлять собой лантан, церий, празеодим или эрбий, или их комбинацию.
В вариантах реализации указанный проводник может иметь поперечное сечение, предпочтительнее, с овальной формой, например, круговой (фиг. 1а). В других вариантах реализации указанный проводник может иметь поперечное сечение, кроме того, с угловой формой, например, предпочтительнее, трапециевидной (фиг. 1b). Больший угловой диаметр может преимущественно давать кабель с лучшим заполнением пространства.
В приведенной ниже таблице 1 некоторые предпочтительные варианты реализации алюминиевых проводников в соответствии с настоящим изобретением сравниваются с известными алюминиевыми проводниками.
В первом предпочтительном варианте реализации изобретения алюминиевый сплав может содержать от 0,008 до 0,010% (по массе) циркония, а термическая обработка может включать обработку при температуре от 270 до 290°С в течение 12-24 часов. Кроме того, алюминиевый сплав может также содержать от 0,00 до 0,02% (по массе) иттрия и/или эрбия, например, 0,01% (по массе) иттрия, и 0,1-0,3% (по массе) железа, например от 0,12 до 0,18% (по массе). Таким образом, мягкие алюминиевые проводники могут быть преимущественно получены со значительно более высоким пределом прочности на разрыв по сравнению с чистыми мягкими алюминиевыми проводниками (на +/- 50% выше) с такой же проводимостью (63%) и более высокой термостойкостью (180/220). Эти проводники могут, например, преимущественно использоваться в высоковольтных кабелях «с композитным сердечником из алюминиевых проводников (АССС™)» или «алюминиевых проводниках со стальной несущей жилой (ACSS)», причем в обоих случаях предел прочности на разрыв кабеля и, следовательно, сопротивление деформации под нагрузкой увеличивается за счет более высокого предела прочности на разрыв мягкого алюминиевого проводника.
В первом предпочтительном варианте реализации изобретения алюминиевый сплав может содержать от 0,013 до 0,020% (по массе) циркония, а термическая обработка может включать обработку при температуре от 185 до 225°С в течение 12-24 часов. Кроме того, алюминиевый сплав может также содержать от 0,00 до 0,02% (по массе) иттрия и/или эрбия, например, 0,01% (по массе) иттрия, и 0,1-0,3% (по массе) железа, например от 0,12 до 0,18% (по массе). Таким образом, твердые алюминиевые проводники могут быть преимущественно получены с характеристиками, соответствующими проводникам AT1 AlZr, однако с более высокой проводимостью (61,5% против 60%). Эти проводники могут, например, преимущественно использоваться в высоковольтных кабелях типа АССС™, в которых предел прочности на разрыв кабеля дополнительно увеличен, в большей степени, чем в случае алюминиевых проводников, упомянутых ранее, в первом предпочтительном варианте реализации, за счет снижения проводимости (61,5% против 63%). С другой стороны, эти проводники могут, например, также преимущественно использоваться в высоковольтных кабелях типа «алюминиевые проводники со стальным сердечником (ACSR)», у которых термостойкость и проводимость кабеля увеличены по сравнению с чистым твердым алюминием.
В третьем предпочтительном варианте реализации изобретения алюминиевый сплав может содержать от 0,020 до 0,025% (по массе) циркония, а термическая обработка может включать обработку при температуре от 200 до 240°С в течение 12-24 часов. Кроме того, алюминиевый сплав может также содержать от 0,00 до 0,02% (по массе) иттрия и/или эрбия, например, 0,01% (по массе) иттрия, и 0,1-0,3% (по массе) железа, например от 0,12 до 0,18% (по массе). Таким образом, твердые алюминиевые проводники могут быть преимущественно получены с той же проводимостью, что и чистый твердый алюминий (61%), но с более высокой термостойкостью. В качестве альтернативы, эти проводники также можно сравнить с существующими алюминиевыми сплавами с высокой термостойкостью, у которых проводники в соответствии с указанным третьим предпочтительным вариантом реализации имеют термостойкость в интервале термостойкости проводников AT1 и АТ3 AlZr (180/220 против 150/180 и 210/240), но с более высокой проводимостью (61% против 60%). Эти проводники также могут, например, преимущественно использоваться в высоковольтных кабелях типа АССС™, у которых предел прочности на разрыв кабеля дополнительно увеличен, даже в большей степени, чем в случае алюминиевых проводников, упомянутых ранее, в первом предпочтительном варианте реализации, за счет снижения проводимости (61% против 63%). С другой стороны, эти проводники могут, например, также быть преимущественно использованы в высоковольтных кабелях типа ACSR, у которых термостойкость дополнительно увеличивается, в большей степени, чем в случае алюминиевых проводников, упомянутых ранее, второго предпочтительного варианта реализации проводимости, и с той же проводимостью, что и чистый твердый алюминий. Последнее также может быть преимуществом на практике, поскольку позволяет заменять существующие чистые жесткие алюминиевые проводники алюминиевыми проводниками в соответствии с настоящим изобретением без корректировки остальной системы.
Следует заметить, что отклонения по температуре могут дополнительно зависеть от состава, примесных элементов и, например, от изменения типа печи. Специалист в данной области техники может, при необходимости, добиться более конкретной характеристики, в зависимости от местных изменений, таких как температурный процесс, упаковка, диаметры проволоки, точный состав и т.п.
Во втором аспекте настоящее изобретение относится к использованию проводника согласно первому аспекту в высоковольтном кабеле. В вариантах реализации изобретения проводник может соответствовать вариантам реализации первого аспекта.
В третьем аспекте настоящее изобретение относится к высоковольтному кабелю (1), содержащему сердечник (2) и один или несколько проводников (3) в соответствии с первым аспектом. Схематическое изображение такого кабеля показано на фиг. 1. В вариантах реализации изобретения проводник может соответствовать вариантам реализации первого аспекта.
В вариантах реализации изобретения сердечник может содержать композит, сталь или инвар.
В вариантах реализации изобретения сердечник может содержать композит или сталь, а алюминиевый сплав может содержать от 0,008 до 0,010% (по массе) циркония, а термическая обработка может, например, включать обработку при температуре от 270 до 290°С в течение от 12 до 24 ч.
В вариантах реализации изобретения сердечник может содержать композит или сталь, алюминиевый сплав может содержать 0,013-0,020% (по массе) циркония, а термическая обработка может включать обработку при температуре от 185 до 225°С в течение от 12 до 24 ч.
В вариантах реализации изобретения сердечник может содержать композит или сталь, алюминиевый сплав может содержать 0,020-0,025% (по массе) циркония, а термическая обработка может включать обработку при температуре от 200 до 240°С в течение от 12 до 24 ч.
В четвертом аспекте настоящее изобретение относится к алюминиевому сплаву, подходящему для использования в проводнике согласно первому аспекту, который содержит один или несколько элементов 3, 4 или 5 группы и/или лантанид, каждый из них с концентрацией в диапазоне от 0,006 до 0,03% (по массе), предпочтительно в диапазоне от 0,006 до 0,027% (по массе), например, в диапазоне от 0,008 до 0,025% (по массе).
В вариантах реализации изобретения алюминиевый сплав может содержать 99,5% (по массе) или более алюминия, предпочтительно 99,65% (по массе) или более.
В вариантах реализации изобретения алюминиевый сплав может также дополнительно содержать от 0,00 до 0,02% (по массе) иттрия или эрбия, предпочтительно 0,01% (по массе).
В вариантах реализации изобретения алюминиевый сплав может также дополнительно содержать 0,1-0,3% (по массе) железа, предпочтительно от 0,12 до 0,18% (по массе).
В вариантах реализации изобретения алюминиевый сплав может быть полностью отожженным.
В вариантах реализации изобретения
- элементы 3 группы могут представлять собой скандий или иттрий, или их комбинацию,
- элементы 4 группы могут представлять собой титан, цирконий или гафний, или их комбинацию,
- элементы 5 группы могут представлять собой ниобий или тантал, или их комбинацию, и
- лантаниды могут представлять собой лантан, церий, празеодим или эрбий, или их комбинацию.
В пятом аспекте настоящее изобретение относится к использованию алюминиевых сплавов согласно четвертому аспекту в проводнике согласно первому аспекту. В вариантах реализации изобретения алюминий может соответствовать вариантам реализации четвертого аспекта.
В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к способу производства проводника, подходящего для использования в высоковольтном кабеле. Способ включает в себя плавление технически чистого алюминия в плавильной печи, легирование легирующими элементами, непрерывное литье профиля, прокатку профиля в температурном диапазоне от 380 до 540°С, протяжку проводов из катанки на конечный диаметр и термическую обработку проводов с конечным диаметром. Кроме того, способ может также включать этап конечной деформации, выполняемый на волочильном стане или на машине для изготовления кабеля. Способ может также включать скручивание проводов в кабельной машине для неизолированных проводников.
Преимущество вариантов реализации настоящего изобретения состоит в том, что термическая обработка, которая определяет характеристики в отношении проводимости и прочности на разрыв, осуществляется на проводах с конечным диаметром, а не на катанке. В результате получают проводник, который сочетает уникальные характеристики высокой проводимости, высокую прочность на разрыв и высокую термостойкость.
Согласно вариантам реализации настоящего изобретения легирование легирующими элементами включает в себя добавление легирующих элементов, так что состав соответствует составу, указанному для проводников, как описано в аспекте, упомянутом выше.
В некоторых вариантах прокатка профиля может происходить в интервале температур от 420 до 520°С, например, в интервале температур между 440°С и 500°С.
В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения способ также включает охлаждение профиля в роликовом конвейере до температуры в диапазоне от 80 до 330°С, например, до температуры в диапазоне от 250 до 320°С или до температуры в диапазоне от 80°С до 160°С, или до температуры в диапазоне от 150°С до 250°С.
Преимуществом некоторых вариантов реализации настоящего изобретения является то, что прочность на разрыв может быть высокой, особенно когда температура снижается при удалении профиля с роликового конвейера.
В некоторых вариантах реализации диаметры роликов находятся в диапазоне от 8 мм до 25 мм, например, в диапазоне от 9,5 до 18 мм, например, в диапазоне от 9,5 до 12 мм.
В некоторых вариантах реализации конечные диаметры проводов или эквивалентные конечные диаметры, то есть средний диаметр, если провода не круглые, а другой формы по отношению к их профильной форме, находятся в диапазоне от 1 мм до 7 мм, например, в диапазоне от 2 мм до 5 мм.
В некоторых вариантах реализации термическая обработка проводов была проведена на их конечном диаметре, как термическая обработка в периодическом или поточном режиме. Следует заметить, что термическая обработка тянутого проводника, когда он имеет конечный диаметр, позволяет получить особенно высокие характеристики проводника без каких-либо дополнительных термообработок, таких как гомогенизация слитка, отжиг или старение.
Конкретные и предпочтительные аспекты изобретения включены в прилагаемые независимые и зависимые пункты формулы изобретения. Признаки зависимых пунктов формулы могут быть объединены с признаками независимых пунктов формулы и с признаками других зависимых пунктов формулы, таких как указанные, а не только прямо выраженные в формуле изобретения.
Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны и пояснены посредством ссылки на вариант (варианты) реализации изобретения, описанные ниже.
Различные аспекты могут быть легко объединены, и комбинации также будут соответствовать вариантам реализации в соответствии с настоящим изобретением.
В качестве иллюстрации, варианты реализации изобретения, не ограниченные как результаты, дополнительные примеры сплавов в соответствии с примерами настоящего изобретения приведены ниже в таблицах 2-4.
1. Воздушная высоковольтная линия, включающая проводник, содержащий алюминиевый сплав,
причем алюминиевый сплав содержит один или несколько элементов 3, 4 или 5 группы и необязательно лантанид, каждый из них с концентрацией в диапазоне от 0,006 до 0,030% (по массе), предпочтительно в диапазоне от 0,006 до 0,027% (по массе), например, в диапазоне от 0,008 до 0,025% (по массе), и
при этом проводник подвергнут термической обработке в диапазоне температур 185-315°C в течение времени в диапазоне 12-24 часа, так что проводник имеет проводимость 61% IACS или более.
2. Воздушная высоковольтная линия по п. 1, где алюминиевый сплав содержит 99,5% (по массе) или более алюминия, предпочтительно 99,65% (по массе) или более.
3. Воздушная высоковольтная линия по п. 1 или 2, где алюминиевый сплав содержит от 0,00 до 0,02% (по массе) иттрия и/или эрбия, предпочтительно 0,01% (по массе).
4. Воздушная высоковольтная линия по одному из предшествующих пунктов, где алюминиевый сплав также дополнительно содержит 0,1-0,3% (по массе) железа, предпочтительно от 0,12 до 0,18% (по массе).
5. Воздушная высоковольтная линия по одному из предшествующих пунктов, где:
- элемент 3 группы представляет собой скандий или иттрий, или их комбинацию,
- элемент 4 группы представляет собой титан, цирконий или гафний, или их комбинацию,
- элемент 5 группы представляет собой ниобий или тантал, или их комбинацию, и
- лантанид представляет собой лантан, церий, празеодим или эрбий, или их комбинацию.
6. Воздушная высоковольтная линия по одному из предшествующих пунктов,
где алюминиевый сплав содержит от 0,008 до 0,010% (по массе) циркония, и
при этом термическая обработка включает обработку при температуре от 270 до 290°С в течение 12-24 часов.
7. Воздушная высоковольтная линия по одному из пп. 1-5,
где алюминиевый сплав содержит от 0,013 до 0,020% (по массе) циркония, и
при этом термическая обработка включает обработку при температуре от 185 до 225°С в течение 12-24 часов.
8. Воздушная высоковольтная линия по одному из пп. 1-5,
где алюминиевый сплав содержит от 0,020 до 0,025% (по массе) циркония, и
при этом термическая обработка включает обработку при температуре от 200 до 240°С в течение 12-24 часов.
9. Воздушная высоковольтная линия по любому из пп. 1-8, включающая сердечник и один или несколько проводников.
10. Воздушная высоковольтная линия по п. 9, где сердечник содержит композит или сталь, или инвар.
11. Способ производства проводника, подходящего для использования в воздушной высоковольтной линии согласно пп. 1-8, включающий в себя
- плавление технически чистого алюминия в плавильной печи,
- легирование легирующими элементами,
- непрерывное литье профиля и поточную прокатку профиля в диапазоне температур от 380 до 540°С,
- протяжку проводника из катанки на конечный диаметр и
- термическую обработку проводов с конечным диаметром.
